Twee natuurkundigen denken dat ze een manier hebben gevonden om het heelal van voor de oerknal te kunnen verkennen.
De oerknal of Big Bang, daarmee zou het 13,8 miljard jaar geleden allemaal zijn begonnen. Tenminste, dat is wat de meeste sterrenkundigen je zullen vertellen. Een klein groepje wetenschappers vermoedt dat ‘het begin der beginnen’ eigenlijk een doorstart was van het vorige universum. Daarmee zou de Big Bang eigenlijk een zogenoemde ‘Big Bounce’ zijn geweest. Helaas is dat intrigerende scenario niet goed te verkennen met onze huidige natuurwetten. Maar de natuurkundigen Steffen Gielen en Neil Turok denken daar iets op te hebben gevonden.
Omzeilde singulariteit
Het lastige aan de oerknal is dat ie zich met de huidige natuurkunde niet laat begrijpen. Als je de tijd terugspoelt richting de geboorte van ons universum, wordt het heelal steeds heter en dichter en de ruimtetijd steeds sterker gekromd. Uiteindelijk beland je dan bij het moment waarop de dichtheid en de ruimtetijdkromming oneindig groot zijn geworden: de zogenoemde oerknalsingulariteit. En tegen die bizarre situatie is onze huidige theorie van de zwaartekracht, Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie, niet opgewassen.
Wat je dan nodig hebt, zegt Ben Craps (Vrije Universiteit Brussel), is een vervanger voor de relativiteitstheorie waar dat wél voor geldt: een quantumzwaartekrachtstheorie. “De grote vraag is dan hoe zo’n theorie eruit ziet”, vervolgt hij. “De meest populaire kandidaat is de snaartheorie. Maar die begrijpen we nog niet goed genoeg om ermee te kunnen zeggen waar die oerknalsingulariteit door wordt vervangen.”
Oké, dus totdat we de snaartheorie of een andere quantumzwaartekrachtstheorie beter doorgronden, blijft de oerknal een mysterie, zou je zeggen. Daar nemen Steffen Gielen (Imperial College London) en Neil Turok (directeur van het Perimeter Institute for Theoretical Physics) echter geen genoegen mee. In een nieuw artikel beschrijven ze hoe je die oerknalsingulariteit kunt omzeilen zónder een goed uitgewerkte quantumzwaartekrachtstheorie.
Grote Stuiter
De reden dat Gielen en Turok nóg liever dan andere wetenschappers de oerknalsingulariteit buiten spel willen zetten, is dat ze bezig zijn met kosmologische modellen waarin het heelal niet begon met de oerknal. In plaats daarvan was er eerder al een heelal, dat samentrok tot een ongelofelijk hete, dichte toestand (die wij beschouwen als de oerknal) en vervolgens weer uitdijde. Dit scenario wordt een Big Bounce genoemd. Of, in niet al te mooi Nederlands, een Grote Stuiter.
Alleen: als die Grote Stuiter verloopt via een oerknalsingulariteit waarop onze huidige natuurwetten stuklopen, heb je een probleem. Dan hebben we namelijk geen enkele manier om iets te weten te komen over het heelal van vóór het onze, omdat die singulariteit ertussen zit.
Omweggetje
Om geen last te hebben van de oerknalsingulariteit – dat bizarre punt met oneindig hoge dichtheid en ruimtetijdkromming – doen Gielen en Turok een beroep op zogenoemde complexe getallen. Dat kun je het beste als volgt voor je zien. De getallen die wij kennen, de reële getallen, staan allemaal achter elkaar op één lijn. Stel nu dat er ergens op die lijn een singulariteit zit, dan is er geen manier om daar voorbij te komen.
Maar als je naast reële ook complexe getallen hebt, vullen die samen een vlak. De reële getallenlijn loopt daar dan doorheen, als een kaarsrechte weg door een enorme vlakte. Kom je nu op die weg een obstakel tegen – oftewel, een singulariteit – dan kun je die omzeilen door een omweggetje over de vlakte te maken. En datzelfde doen Gielen en Turok als ze op de tijdlijn van ons heelal de oerknalsingulariteit tegenkomen.
Dankzij deze wiskundige truc denken Gielen en Turok een heelal te kunnen bouwen dat van samentrekkend naar uitdijend kan stuiteren zónder last te hebben van een tussenliggende singulariteit. Als dat inderdaad het geval blijkt te zijn, zouden we dus ook zónder volledig uitgewerkte quantumzwaartekrachtstheorie de voorgeschiedenis van ons uitdijende heelal kunnen verkennen.
Boel werk
“De toekomst zal moeten uitwijzen of dit een vruchtbaar idee is”, zegt Craps. “Je kunt bijvoorbeeld proberen om te bepalen of het heelal zich binnen de snaartheorie inderdaad zo kan gedragen als Gielen en Turok zeggen – maar dat is niet makkelijk. Ook kun je kijken of uit de aannames van Gielen en Turok voorspellingen volgen voor kosmologische observaties, en testen of die overeenkomen met de werkelijkheid. Maar ook dat zal een boel werk vergen.”
Los daarvan: zelfs als het Big Bounce-verhaal zou blijken te gelden voor het verleden van ons heelal, dan lijkt het niet van toepassing op onze toekomst. Het heelal maakt namelijk geen aanstalten om te gaan samentrekken. Sterker nog, sinds 1998 weten we zelfs dat het steeds sneller uitdijt. Het lijkt er dus op dat we in elk geval niet nóg een keer gaan stuiteren.
Dit artikel is ook te vinden in KIJK 9/2016. Dit nummer ligt vanaf 25 augustus tot en met 20 september in de winkel.
Meer informatie: